[发明专利]导模法生长片状氧化镓晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及人工晶体生常，特别是一种导模法生长片状氧化镓晶体的方法。

背景技术

半导体材料是现代半导体工业及微电子工业的基石。在半导体技术的发展历程中，Si和Ge被称为第一代半导体材料；Ⅲ-V族化合物半导体材料，如GaAs、InP、GaP、AlAs及其合金被称作第二代半导体材料。第一和第二代半导体材料及其相关技术创造了计算机时代和移动通信时代，由此可见传统半导体技术的重要性。然而随着各种先进技术的不断发展，对耐高温、抗辐射等抗恶劣环境工作的高性能电子器件与光电子器件的需求日益迫切，而传统半导体器件的发展已接近其应用极限，尤其在高频高温领域，传统半导体技术已显现出诸多局限性。航天技术、原子能反应堆高温炉、地矿与油井勘探等强射线和高温恶劣环境工作领域也需要新一代半导体材料与技术。

被誉为第三代半导体材料的SiC、GaN等宽禁带半导体由于具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、化学性能稳定、高硬度、抗磨损、高键和能量以及抗辐射等优点，特别适合于制造高温、高频、高功率、抗辐射的功率器件，具有广阔的应用前景。人们寄希望于宽禁带半导体功率器件来解决第一代、第二代功率器件的输出功率低、效率低和工作频率有局限性以至于无法满足现代雷达、电子对抗和通信等电子装备需求等方面的问题。

氧化镓，β-Ga₂O₃是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度为E_g=4.8eV(260nm)，因此对应吸收带位于240nm-280nm，为直接带隙的半导体材料，它从可见到紫外都是透明的，在紫外光区的透过率达到80%以上，具有优异的传导性能和发光特性，是目前所知道的禁带最宽的透明导电材料。这是β-Ga₂O₃比其它传统的透明导电材料(TCOs)有优势的地方，使其能够用来制备可以在更短波长范围内工作的新一代的光电器件。

β-Ga₂O₃材料的禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度快、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强，具有良好的化学稳定性，非常适合用来研制抗辐射、高频、大功率与高密度集成的半导体器件。利用其特有的禁带宽度，可以研制出蓝、绿光和紫外光发光器件及光探测器。与SiC和GaN相比，β-Ga₂O₃的综合性能更优，有望以低成本制造出高耐压且损耗低的功率半导体元件，更具有发展前景。因此β-Ga₂O₃越来越受到关注。

国内在生长大尺寸、高质量β-Ga₂O₃晶体方面与国外先进水平相比存在比较大的差距，中科院上海光机所和新疆理化所合作开展了浮区法(FZ)生长β-Ga₂O₃晶体，已成功生长出尺寸约为Φ10mm×20mm的β-Ga₂O₃晶体。目前正在开展导模法生长β-Ga₂O₃晶体的研究，国外在导模法生长β-Ga₂O₃晶体研究方面进展较快，2008年日本并木（Namiki Precision Jewel）公司采用导模法(EFG)成功生长出2英寸β-Ga₂O₃单晶，晶体长度达70mm，厚度为3mm。尽管如此，采用导模法生长β-Ga₂O₃晶体还存在很多的问题，包括气泡和多晶等现象依然十分严重，大大降低了晶体的利用率，严重制约着β-Ga₂O₃晶体的产业化发展。

发明内容

本发明针对导模法生长β-Ga₂O₃晶体的气泡和多晶的问题，提供一种导模法生长片状氧化镓晶体的方法，该方法能有效抑制气泡和多晶产生，可生长无气泡、无多晶和无应力的β-Ga₂O₃晶体，在品质和使用效果上有显著地进步。

本发明的技术解决方案如下：

采用导模法生长片状氧化镓晶体的方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

（1）原料的选取和处理：

原料采用纯度为99.999％氧化稼粉末，经500～800℃的高温加热烘干3～5小时备用；

（2）导模模具的处理：